CN203377848U - 卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，包括用于接收同步时钟脉冲电压信号的脉冲整形电路，其输出端与主PWM控制电路的输入端相连，主PWM控制电路的输出端与波形转换匹配电路的输入端相连，波形转换匹配电路的输出端与脉冲动态同步控制电路的输入端相连，脉冲动态同步控制电路的输出端与辅PWM控制电路的输入端相连。本实用新型利用统一的同步时钟脉冲电压信号，并通过脉宽整形电路来提高同步时钟脉冲电压信号的抗干扰能力，信号传输能力也大大增强；有效提高了卫星帆板电源阵列模拟器各电路间的同步范围，显著降低了差拍干扰、电磁兼容等一系列开关电源问题，系统的瞬态带载能力也有了很大程度的提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及PWM动态同步控制领域，尤其是一种卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路。
背景技术
卫星帆板电源阵列模拟器系统以单元模块电源为基础，通常由多台卫星帆板电源阵列模拟器组成，由于系统内还存在多个开关变换器，而每个开关变换器都有自己的工作开关频率，不仅增加了开关变换器各种关键参数的设计难度，且每个开关变换器有着不同的电磁干扰频率，系统的电磁兼容性设计也变得十分复杂。此外，多个开关变换器之间存在相互交调干扰，产生低频差拍噪声，使整个系统的电磁干扰问题变得更加严重。因此，必须在同步时钟、辅助电源、主变换器各单元之间进行精确的同步处理，系统各模块间实现相互同步控制。
基于以上原因，目前在传统开关电源中，多采用简易的主辅同步控制技术，即在振荡电路的定时电容器上串联一个低阻值的电阻器，将同步脉冲加在振荡器的斜坡电压上，以实现电源的同步功能。这种控制过程较为简单，同步信号较为微弱，受同步信号幅度的影响，同步范围较小；而且同步信号在传输过程中极易受到干扰，信号易产生延时。如果将同步信号进行放大，改变振荡器斜坡电压的幅值，容易引起电压控制和斜坡补偿电路的相位丢失，使频率的控制精度大为降低。因此，上述控制方式在PWM信号的同步控制中，响应速度低，同步范围很小，传输距离近，无法实现各输出电压的快速同步调整。因而，主辅变换器之间还仍然存在一定的低频差拍交调干扰现象。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种抗干扰性强、大大提高同步信号传输能力的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，包括用于接收同步时钟脉冲电压信号的脉冲整形电路，其输出端与主PWM控制电路的输入端相连，主PWM控制电路的输出端与波形转换匹配电路的输入端相连，波形转换匹配电路的输出端与脉冲动态同步控制电路的输入端相连，脉冲动态同步控制电路的输出端与辅PWM控制电路的输入端相连。
所述主PWM控制电路包括主PWM控制器U2，所述脉冲整形电路包括差分发送/接收器U1，其输入端接同步时钟脉冲电压信号，其电源端接+15V直流电，其输出端与主PWM控制器U2的第4引脚相连。
所述脉冲动态同步控制电路包括三极管Q1，其基极与波形转换匹配电路的输出端相连，其集电极分别与电阻R11、电容C6相连，电阻R11的另一端接地，电容C6与二极管阵列V2的第2引脚相连，二极管阵列V2的第1引脚接地，二极管阵列V2的第3引脚与辅PWM控制电路的输入端相连。
所述辅PWM控制电路包括辅PWM控制器U3，其第4引脚与脉冲动态同步控制电路的输出端相连，电容C8、电阻R14并联且并联端分别与辅PWM控制器U3的第1、2引脚相连，电阻R16、电容C10并联后接辅PWM控制器U3的第3引脚。
所述波形转换匹配电路包括运算放大器U4，所述主PWM控制器U2的第2、16引脚相连后通过电容C17接地，电阻R13、电容C7并联且并联端跨接在主PWM控制器U2的第1、3引脚上，主PWM控制器U2的第5引脚通过电阻R2接地，电容C2、C4并联且并联端一端与主PWM控制器U2的第6引脚相连，另一端通过电阻R5与运算放大器U4的正相输入端相连，运算放大器U4的正相输入端依次通过电阻R6、R8接地，运算放大器U4的反相输入端通过电阻R7与其输出端相连，运算放大器U4的输出端通过电阻R9与脉冲动态同步控制电路的输入端相连。
所述差分发送/接收器U1采用26LS31/32芯片，所述主PWM控制器U2采用UC3825AN芯片。
所述辅PWM控制器U3采用UC3843AN芯片。
所述运算放大器U4采用LT1013CN芯片。
由上述技术方案可知，本实用新型利用统一的同步时钟脉冲电压信号，并通过脉宽整形电路来提高同步时钟脉冲电压信号的抗干扰能力，信号传输能力也大大增强；同时，本系统的各个电路模块间采用屏蔽电缆作为传输线，避免了PWM的微弱同步信号长距离传输问题。此外，采用差分发送/接收器U1来实现同步脉冲信号的传输, 解决了输出电压建立时间的相对延时问题，有效提高了卫星帆板电源阵列模拟器各电路间的同步范围，显著降低了差拍干扰、电磁兼容等一系列开关电源问题，系统的瞬态带载能力也有了很大程度的提高。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图。
图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
一种卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，包括用于接收同步时钟脉冲电压信号的脉冲整形电路1，其输出端与主PWM控制电路2的输入端相连，主PWM控制电路2的输出端与波形转换匹配电路3的输入端相连，波形转换匹配电路3的输出端与脉冲动态同步控制电路4的输入端相连，脉冲动态同步控制电路4的输出端与辅PWM控制电路5的输入端相连，如图1所示。同步时钟脉冲电压信号经过脉冲整形电路1，将整形后的标准方波同步信号送到主PWM控制电路2的时钟引脚，锁定主PWM控制电路2的振荡频率；波形转换匹配电路3将锁定的三角波振荡信号进行信号处理，转换成所需要的方波控制信号，同时解决了弱信号的阻抗匹配问题；脉冲动态同步控制电路4对此弱信号进行放大及交流耦合处理后，实现幅度及频率的动态跟踪，送到辅PWM控制电路5的Rt/Ct振荡脚，最终达到实现主PWM控制电路2、辅PWM控制电路5以及整个系统的动态同步控制功能的目的。
如图2所示，所述主PWM控制电路2包括主PWM控制器U2，所述脉冲整形电路1包括差分发送/接收器U1，其输入端接同步时钟脉冲电压信号，其电源端接+15V直流电，其输出端与主PWM控制器U2的第4引脚相连。所述脉冲动态同步控制电路4包括三极管Q1，其基极与波形转换匹配电路3的输出端相连，其集电极分别与电阻R11、电容C6相连，电阻R11的另一端接地，电容C6与二极管阵列V2的第2引脚相连，二极管阵列V2的第1引脚接地，二极管阵列V2的第3引脚与辅PWM控制电路5的输入端相连。所述差分发送/接收器U1采用26LS31/32芯片，所述主PWM控制器U2采用UC3825AN芯片。
如图2所示，所述辅PWM控制电路5包括辅PWM控制器U3，其第4引脚与脉冲动态同步控制电路4的输出端相连，电容C8、电阻R14并联且并联端分别与辅PWM控制器U3的第1、2引脚相连，电阻R16、电容C10并联后接辅PWM控制器U3的第3引脚，所述辅PWM控制器U3采用UC3843AN芯片。所述波形转换匹配电路3包括运算放大器U4，所述主PWM控制器U2的第2、16引脚相连后通过电容C17接地，电阻R13、电容C7并联且并联端跨接在主PWM控制器U2的第1、3引脚上，主PWM控制器U2的第5引脚通过电阻R2接地，电容C2、C4并联且并联端一端与主PWM控制器U2的第6引脚相连，另一端通过电阻R5与运算放大器U4的正相输入端相连，运算放大器U4的正相输入端依次通过电阻R6、R8接地，运算放大器U4的反相输入端通过电阻R7与其输出端相连，运算放大器U4的输出端通过电阻R9与脉冲动态同步控制电路4的输入端相连，所述运算放大器U4采用LT1013CN芯片。
以下结合图1、2对本实用新型作进一步的说明。
脉冲整形电路1采用差分发送/接收方式，其累积延时仅为1ns，同步时钟的脉冲宽度约为250ns，差分发送/接收器U1的延时占脉冲宽度的比例仅为0.4%，所以可以忽略不计；主PWM控制器U2控制单元模块在待机状态下的工作频率；辅PWM控制器U3控制辅助电源的工作状态；运算放大器U4和三极管Q1完成主PWM控制器U2对辅PWM控制器U3的锁相调整，通过改变辅PWM控制器U3中振荡器斜坡电压的充电电流，实现宽范围的同步控制。主PWM控制器U2的脉冲时钟信号经运算放大器U4整形后，既杜绝了波形失真问题，又进一步提高了驱动能力，因此系统级联能力进一步加强。
通过引入整形后的同步时钟，由同步时钟控制主PWM控制器N2定时电容器的充电，使振荡电路的输出跟随外部时钟。通过脉冲整形电路1来设定振荡电路的可同步的频率范围，使时钟信号的下降沿与振荡器输出的下降沿保持同步，实现与外部时钟的同步控制。辅PWM控制器U3同步振荡控制则采用了锁相环节，调整振荡器斜坡电压的充电电流，完成主PWM控制器N2、辅PWM控制器U3的精确同步，从而实现同步时钟、主PWM控制器N2和辅PWM控制器U3间实时的同步控制。
在本实用新型中，主PWM控制器U2的自振荡频率为150kHz，外同步时钟频率必须大于自振频率，因此，选择时钟同步范围为160kHz至200kHz。由于电路的功率较大,为确保实现同步，对电源外同步脉冲频率信号的脉冲宽度有特殊要求——同步脉冲的宽度过窄，无法实现可靠同步；而同步脉冲的宽度过大，会引起控制芯片死区时间增大，造成变换器调整率变低。因此，电路中选取外同步控制电路输出的脉冲宽度为开关周期的5%。在本实用新型中，同步脉冲的最高频率取为200kHz，因此同步时钟的脉冲宽度取为250ns。
本实用新型中最高输出频率的最大同步试验值为200kHz，最小同步试验值为160kHz，将电路工作频率fc进行如下标定，由样机电路测试数据结果见表1：
从表1中可以看出，在没有加入同步时钟时，主PWM控制器U2、辅PWM控制器U3的同步精度为0.39%，电路具有较高的主从同步控制能力；在加入外同步时钟信号后，可实现160kHz至200kHz范围内同步控制，输出频率的最大控制误差为0.51%，说明电路具有很宽的同步范围和良好的动态同步控制功能，达到了本实用新型的目的。
表1 测试数据
综上所述，本实用新型利用统一的同步时钟脉冲电压信号，并通过脉宽整形电路1来提高同步时钟脉冲电压信号的抗干扰能力，信号传输能力也大大增强；同时，本系统的各个电路模块间采用屏蔽电缆作为传输线，避免了PWM的微弱同步信号长距离传输问题。此外，采用差分发送/接收器U1来实现同步脉冲信号的传输, 解决了输出电压建立时间的相对延时问题，有效提高了卫星帆板电源阵列模拟器各电路间的同步范围，显著降低了差拍干扰、电磁兼容等一系列开关电源问题，系统的瞬态带载能力也有了很大程度的提高。
Claims (8)
1.一种卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：包括用于接收同步时钟脉冲电压信号的脉冲整形电路（1），其输出端与主PWM控制电路（2）的输入端相连，主PWM控制电路（2）的输出端与波形转换匹配电路（3）的输入端相连，波形转换匹配电路（3）的输出端与脉冲动态同步控制电路（4）的输入端相连，脉冲动态同步控制电路（4）的输出端与辅PWM控制电路（5）的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：所述主PWM控制电路（2）包括主PWM控制器U2，所述脉冲整形电路（1）包括差分发送/接收器U1，其输入端接同步时钟脉冲电压信号，其电源端接+15V直流电，其输出端与主PWM控制器U2的第4引脚相连。
3.根据权利要求1所述的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：所述脉冲动态同步控制电路（4）包括三极管Q1，其基极与波形转换匹配电路（3）的输出端相连，其集电极分别与电阻R11、电容C6相连，电阻R11的另一端接地，电容C6与二极管阵列V2的第2引脚相连，二极管阵列V2的第1引脚接地，二极管阵列V2的第3引脚与辅PWM控制电路（5）的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：所述辅PWM控制电路（5）包括辅PWM控制器U3，其第4引脚与脉冲动态同步控制电路（4）的输出端相连，电容C8、电阻R14并联且并联端分别与辅PWM控制器U3的第1、2引脚相连，电阻R16、电容C10并联后接辅PWM控制器U3的第3引脚。
5.根据权利要求2所述的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：所述波形转换匹配电路（3）包括运算放大器U4，所述主PWM控制器U2的第2、16引脚相连后通过电容C17接地，电阻R13、电容C7并联且并联端跨接在主PWM控制器U2的第1、3引脚上，主PWM控制器U2的第5引脚通过电阻R2接地，电容C2、C4并联且并联端一端与主PWM控制器U2的第6引脚相连，另一端通过电阻R5与运算放大器U4的正相输入端相连，运算放大器U4的正相输入端依次通过电阻R6、R8接地，运算放大器U4的反相输入端通过电阻R7与其输出端相连，运算放大器U4的输出端通过电阻R9与脉冲动态同步控制电路（4）的输入端相连。
6.根据权利要求2所述的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：所述差分发送/接收器U1采用26LS31/32芯片，所述主PWM控制器U2采用UC3825AN芯片。
7.根据权利要求4所述的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：所述辅PWM控制器U3采用UC3843AN芯片。
8.根据权利要求5所述的卫星帆板电源阵列模拟器的动态同步控制电路，其特征在于：所述运算放大器U4采用LT1013CN芯片。
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